Lipidi

I LIPIDI rappresentano una classe di composti eterogenei, sono sostanze caratterizzate da una forte apolarità, non sono solubili in acqua, e formano particolari strutture in ambiente polare.
La loro classificazione è piuttosto complicata, noi li differenziamo in lipidi semplici (hanno una funzione di riserva energetica) e lipidi complessi (hanno una funzione strutturale e sono presenti nelle membrane biologiche). I lipidi semplici sono esteri di acidi carbossilici particolari detti acidi grassi ed alcoli, mentre a seconda degli alcoli abbiamo diverse classi di lipidi semplici: abbiamo gli acilgliceroli (derivano dall’alcol glicerolo e sono detti gliceridi), le cere (formate da un alcol monovalente ad alto peso molecolare) e gli steridi (derivano dagli steroli, alcoli ciclici ad alto peso molecolare).

I lipidi complessi si suddividono in base alla presenza di acido fosforico in fosfolipidi o di carboidrati (o glucidi) nei glicolipidi. I fosfolipidi si suddividono ulteriormente in base all’alcol presente nella catena, si parla cioè di glicerofosfolipidi se è presente il glicerolo o di sfingofosfolipidi se è presente l’alcol sfingosina. A loro volta i glicerofosfolipidi si suddividono ulteriormente in acidi fosfatidici, fosfatidilcoline, fosfatidilserine, fosfatidiletanolammine, fosfatidilinositoli e plasmalogeni. I glicolipidi si suddividono in cerebrosidi, solfatidi e gangliosidi.

In tutte queste famiglie sono presenti acidi grassi, acidi monocarbossilici con una lunga catena, che in natura va da 14 a 20 atomi di carbonio, senza avere un numero dispari di atomi di carbonio. La catena si presenta lineare, non ramificata, in particolare assume una caratteristica forma a zig-zag che gli consente di mantenere gli angoli di legame. Questa catena può essere satura o insatura, gli acidi possono dunque essere saturi o insaturi. Essi vengono identificati con due numeri, in cui il primo rappresenta il numero di atomi di carbonio presenti nella molecola mentre il secondo numero rappresenta il numero d’insaturazioni presenti nella molecola. Essi sono intervallati da due punti.
La nomenclatura deriva dai corrispondenti nomi degli acidi carbossilici, ma vengono chiamati con i nomi comuni, derivati dalla loro originale fonte naturale o da dove sono stati estratti per la prima volta. Negli acidi carbossilici insaturi dobbiamo indicare la posizione del doppio legame, li indichiamo come apici della lettera Δ. La numerazione inizia sempre dal carbossile. Tra gli acidi grassi saturi più abbondanti in natura citiamo l’acido stearico e l’acido palmitico, in particolare quest’ultimo. Tra gli acidi grassi insaturi il più diffuso in natura è l’acido oleico.

I doppi legami presenti negli acidi grassi in natura sono tutti caratterizzati da un isomeria-CIS, essi sono però una sequenza isolata, dunque i doppi legami presenti nella molecola tendono ad aprirsi, tendono ad addizionare idrogeno oppure per ossidazione tendono a formare perossidi ed epossidi, che poi si decompongono a formare aldeidi (hanno odori sgradevoli, avviene il fenomeno di irrancidimento ossidativo) ed altri composti, con la conseguente formazione finale di catene più corte di acidi carbossilici.

Gli acidi grassi saturi ed insaturi differiscono per i loro punti di fusione, quelli degli acidi grassi saturi sono più alti perchè allo stato cristallino questi composti formano delle strutture più ordinate rispetto a quelle degli acidi grassi insaturi, si formano così in quest’ultime meno interazioni intermolecolari (forze di Van der Waals).

Gli ACILGLICEROLI sono lipidi semplici caratterizzati dalla presenza del glicerolo, un alcol trivalente. L’esterificazione di glicerolo con acidi grassi può formare monogliceridi (monoacilgliceroli), digliceridi (diacilgliceroli) o trigliceridi (triacilgliceroli), a seconda del numero di esterificazioni che sono presenti nel composto. Gli acilgliceroli semplici hanno lo stesso tipo di acido grasso, mentre gli acilgliceroli misti hanno due o tre tipi diversi di acidi grassi. I trigliceridi sono i lipidi semplici più abbondanti in natura. In natura essi si ritrovano negli oli di origine vegetale e nei grassi di origine animale, in cui sono presenti delle miscele di trigliceridi semplici e misti (gli oli sono liquidi a temperatura ambiente mentre i grassi sono solidi, perchè nei grassi sono presenti più acidi grassi saturi).
Nelle cellule i trigliceridi sono presenti nei depositi degli adipociti, fungono anche in questo caso da riserva d’energia, poi successivamente quando entrano nella β-ossidazione della degradazione ossidativa forniscono energia all’organismo, catalizzata da enzimi specifici che idrolizzano i lipidi e sono detti LIPASI. Sono sostanze apolari, idrofobe, l’interfaccia tra le due fasi di lipide-sostanza polare (tipo l’acqua) è sempre netta. Questi composti vanno incontro alla reazione alcalina degli esteri o detta anche saponificazione (con il meccanismo già visto). Questa reazione è detta di saponificazione perchè i sali degli acidi grassi sono dei saponi, hanno la proprietà di solvatare i lipidi, ovvero di scioglierli e di raggrupparli all’interno di particolari strutture chiamate MICELLE.

I lipidi complessi hanno una funzione strutturale, in particolare sono presenti come componenti delle membrane biologiche. Essi si dividono in fosfolipidi e glicolipidi, ed a loro volta nelle varie classi citate in precedenza.

I glicerofosfolipidi hanno come alcol il glicerolo, due gruppi ossidrilici sono esterificati con acidi grassi, solitamente diversi, mentre la terza funzione è esterificata con acido fosforico. Se pensiamo al pH cellulare, che è circa 7, dobbiamo considerare il pK dell’acido fosforico: esso ha tre costanti di dissociazione e vale 2, 7 e 12. Nella condizione di pH = 7, in cui un gruppo OH è dissociato perchè impegnato in un legame, consideriamo solo le prime due costanti di dissociazione acide, che non varieranno molto rispetto a quando ne erano presenti tre. Avremo un idrogeno completamente dissociato ed un secondo idrogeno dissociato per metà, secondo l’equazione di Henderson-Hasselbach. Nelle altre classi abbiamo diversi composti che vengono esterificati dall’acido fosforico. Questi composti si differenziano all’interno delle loro famiglie in base agli acidi grassi presenti nella catena legati al glicerolo.

Osserviamo ora la struttura della fosfatidilcolina: essa si dispone con le due code idrocarburiche parallele tra loro dalla parte opposta rispetto alla colina e al gruppo fosforico. Questo vale anche in linea di massima per le altre famiglie di composti.

Gli SFINGOLIPIDI sono caratterizzati da un particolare alcol che è la sfingosina, un aminoalcol insaturo a 18 atomi di carbonio. Essi possono venir esterificati e di nuovo con altre sostanze tipo la colina, a formare la sfingomielina (molecola anfipatica presente nelle guaine mieliniche). Inoltre può formarsi un ammide con la formazione di un legame a livello del NH2.

I GLICOLIPIDI sono particolari lipidi che derivano dal composto della ceramide, la stessa presente negli sfingofosfolipidi (l’acido grasso forma un legame carboamidico alla sfingosina). In questo caso il glucide che si lega al lipide forma un legame O-glicosidico in configurazione β al primo carbonio presente sulla catena. Nei cerebrosidi lo zucchero è il galattosio, i diversi cerebrosidi differiscono poi tra loro a seconda del diverso acido grasso legato con legame ammidico alla sfingosina. Questo composto è presente nelle membrane biologiche, ed è formato da due code apolari, una formata dalla sfingosina e l’altra dalla catena dell’acido grasso. I cerebrosidi sono particolarmente ricchi nella parte bianca dell’encefalo. Se l’ossidrile in posizione 3 presente sull’anello di galattosio viene esterificato con acido solforico allora si formano i solfatidi, mentre i gangliosidi (abbondanti nelle cellule gangliari, sono presenti sempre sulla faccia esterna perchè questi composti, tutti quelli che appartengono ai glicolipidi, hanno proprietà antigeniche), hanno una corta catena oligosaccarida ramificata che contiene diversi composti glucidici, formati da alcune unità monosaccaridiche o loro derivati in forma ramificata. L’unità fondamenale di questi composti rimane la ceramide.

Gli STEROIDI sono composti caratterizzati da un nucleo centrale formato da ciclopentano peridrofenantrene. Questi anelli che si condensano tra loro (gli anelli a sei termini non presentano doppi legami) possono dare diverse condensazioni, in particolare due, ovvero possono condensare in -cis- o in -trans- . La struttura può essere interpretata in base alla posizione degli idrogeni nei due carboni che hanno effettuato la condensazione. Per poterli osservare al meglio senza creare confusione vengono rappresentati di fronte, con il legame che viene verso di noi con una linea continua mentre il legame che entra nel piano del foglio con una linea tratteggiata. In tutti gli steroidi naturali i piani B-C e C-D si legano sempre con una configurazione -trans- mentre A-B possono legarsi in configurazione -cis- o -trans-.
L’ANDROSTANO è un derivato degli steroidi ed ha due metili in posizione 10 ed in posizione 13 (vedi disegno). In base alla condensazione dei piani A-B, esso esiste in due configurazioni. I due stereoisomeri sono chiamati 5-α-androstano (l’idrogeno in posizione 5 è in configurazione -trans- rispetto al metile in posizione 10) e 5-β-androstano (l’idrogeno in posizione 5 è in configurazione -cis- rispetto al metile in posizione 10). Altri composti steroidei differiscono dall’androstano per la catena presente nella posizione 17, che può essere più o meno lunga.

Questi idrocarburi non hanno nessuna importanza dal punto di vista biologico, ma sono importanti i loro derivati in campo biologico, che si ottengono per sostituzione d’idrogeni con altri gruppi funzionali. Dall’androstano derivano gli ormoni androgeni (tipo il testosterone), dal pregnano derivano gli ormoni progestinici e gli ormoni corticosurrenalici, dal colano derivano gli acidi biliari mentre dal colestano derivano gli steroli (tra cui il colesterolo, il più abbondante fra gli steroli, che si trova associato alle membrane plasmatiche).
La nomenclatura si riflette in base alle desinenze che fanno riferimento ai gruppi funzionali legati al composto, la desinenza va indicata anche per i doppi legami, inoltre bisogna indicare la posizione del doppio legame o del sostituente e la forma della molecola, se è in configurazione -cis- o -trans-. La posizione del doppio legame è indicata come negli acidi grassi, all’apice di Δ.